量子科技专案计划集结新战力 共同打造台湾量子尖端团队

4月18日消息(余予)近年来,量子科技飞速发展,量子计算和量子信息科学代表了当今一些最快速发展和最重要的新兴技术,量子计算已经成为各个国家竞相竞争的重心。与此同时,在全球范围内,政府和行业正在加快对量子计算研究和开发的投资,公共和私营机构也投入了大量资源。

据DIGITIMES报道,基于全球各国对量子技术的重视、学界呼吁以及鸿海离子阱实验室的发展趋势,2022年3月,台湾省最终计划执行“量子科技专案计划”,选出“中研院”、清大、阳明交大、台大等校17个优异的教授团队、72位计划主持人,争取到24家厂商早期参与,携手打造台湾的“量子尖端团队”。

“量子科技专案计划”的目标是针对目前量子科技硬体与软体之技术瓶颈,建立跨领域的尖端研究团队,开发具突破性的量子科技软硬体关键技术,打造“适合台湾发展的路线”,即半导体产业,并为在地产业带来典范性转移。

公告指出,量子计算机与量子通讯是当代量子科技中两个最重要的应用领域,其概念是以量子力学中量子叠加与量子纠缠等特性来进行逻辑运算或讯息传递。

量子科技在金融系统、新药研发、新材料设计、新型人工智慧(AI)等重要科技领域将具无可取代的重要性,亦将带来革命性的改变。计划执行期间,团队需配合“量子系统推动小组”建议,进行各团队整合与技术桥接。

在量子科研步入产业应用方面,“中研院”院长廖俊智强调,台湾量子科研与应用的重点原则必须是“聚焦、合作、整合”。

量子系统推动小组未来几年的工作重点是透过技术论坛与成果发表,协助研究与技术开发成果产生扩散与外溢效果,进而协助达成先期技术与产业之桥接。

按照目前规划,主要考虑台湾省在半导体晶片制程、IC设计与封装技术的基础,优先投入固态量子技术,即是包括以半导体、超导体或其他固态材料为基础所建构量子位元为主体之相关技术。至于在扩充性方面有难以突破瓶颈的离子阱等非固态量子技术,政府并不排斥学界投入研究。

台湾量子尖端团队的组成与投入方向,主要是依据“科技部”的“量子科技专案计划”。在量子科研方面,台湾省最初划定的三大研究领域包括量子计算机、光量子技术及量子科技软体技术等三大类。2022年3月17个团队的量子尖端团队组成后,台湾省量子科研方向主要分成“量子元件”、“量子电脑”、“量子演算法”及“量子通讯”等四类技术项目,亦可跨项目整合发展。

据报道,以张庆瑞等人要投入的量子软体与演算法为例,其之所以重要是因为量子计算机在数值分解、量子系统模拟、数据库搜索、计数、机器学习、组合最优化等方面由于经典计算机。但必须开发新的程式语言、编译器和应用工具,才能让量子计算机的运算能力获得充分的发挥。

“科技部”资料指出,量子计算机要实现有意义的量子计算,每个逻辑闸的错误率要远低于10-10次方。这无法只靠物理方法实现,需要利用量子错误更正码的技术来保护量子态,从而使量子运算能得到近乎理想的容错量子计算。

其次,量子位元数量规模的增加,还需要发展较高阶的量子程式语言。如此才是渐趋成熟的量子计算机与量子作业系统。也因此,量子演算法、软体介面、程式语言、量子密码学与后量子密码学、以及量子模拟器与量子计算应用都是必要的研究题目。

在矽基量子位元方面有多年研究经验与阶段性成果的台大物理系教授管希圣指出,人类已进入了所谓的嘈杂中等规模量子(NISQ)电脑时代。在真正的容错量子计算机问世前,找寻和研究在NISQ系统中使用50~100或更多量子位元,来解决重要问题并达到有说服力的杀手级应用或量子演算法成为非常重要的课题。

台湾量子计算机暨资讯科技协会理事长、中原大学讲座教授张庆瑞引述国外报告表示,由于量子计算机的计算能力呈指数型增长,当人类发展出100个位元后,很多问题便能够迎刃而解,这其中包括一般最佳化问题和化学问题。而当达到500个量子位元,就可以描述全宇宙的状态。

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